制油微藻的辐射特性及光能转化特性

This project " Radiative properties and light energy conversion characteristics of oil production microalgae" will conduct reasearch on the radiative properties of microalgae specific for oil production and their conversion characterists of light energy to oil. By developing theoretical modeling and experimental techniques, the radiative properties of typical oil production micro algae in the visible and near infrared band spectral radiation characteristics will be obtained, which include absorption coefficient, scattering coefficient and single scattering phase function. Furthermore, research will be conducted on the basic characteristics of radiative properties of the living micro algae, on the relation between the microalgae cell micro morphology (shape, size, oil content) and the spectral radiative properties of microalgae, on developing optical techniques to measure micro algae oil content and microalgae concentration, on the oil accumulation characteristics of microalgal cell growth process under light irradiation of different intensity and wavelength, on the analysis of optimal illumination conditions for different kinds of micro algae cell phototrophic cultivation. Significance: the research subject of this project is fundamental to quantitative analysis of microalgae autotrophic process and to the design and optimization of photobioreactor for microalgae cultivation, which is very importrant in theory and in practical applications.

本项目"制油微藻的辐射特性及光能转化特性"即对制油微藻的辐射特性及其对光能的转化特性开展研究，通过理论建模及实验手段获得典型制油微藻在可见光及近红外波段的光谱辐射特性，包括吸收系数、散射系数及单散射相函数，并分析具有生命的微藻细胞辐射特性的基本特征。研究微藻细胞的微观形态（形状、大小、油脂含量）与其光谱辐射特性的关系，同时发展微藻油脂含量、微藻浓度的光学测定方法。研究藻细胞生长过程中在不同波长及强度的光照条件下的油脂积累特性，分析不同种类微藻细胞光养培养的最优光照条件。研究意义：本项目研究内容是对微藻光自养过程的定量分析及微藻光生物反应器的设计和优化的基础,具有重要的理论和应用价值。

微藻可通过光自养过程合成大量油脂，被认为是一种极具潜力的可大规模制备生物柴油的原料。对藻细胞的辐射特性及其对光能的转化特性的了解是对微藻光自养过程的定量分析及微藻光生物反应器的设计和优化的基础。本项目针对微藻的辐射特性及其对光能的转化特性展开研究，主要研究制油微藻光谱辐射特性的实验测量方法，研究典型制油微藻的光谱辐射特性，以及微藻细胞生长对其辐射特性的影响。..项目研究获得以下主要研究成果：.. 提出了一种可更准确测量微藻混悬液及微藻细胞衰减系数的改进方法。该方法利用不同藻液光程的两个比色皿进行光谱透过率测量，测量模型充分考虑了多层介质间的多次反射作用，可有效用于微藻及微纳米粒子光谱衰减特性的测量。.. 提出了一种基于显卡并行加速来求解样品池内的三维辐射传输正问题，并与粒子群算法结合利用多角度散射测量信号来进行微藻完整辐射特性反演测量的方法。该方法具有优异的正问题求解速度及反演测量速度，并可推广用于一般参与性介质辐射特性的测量。.. 发展了一种基于二阶辐射传递方程的辐射传输输问题求解的有限元法。该方法具有很好的数值稳定性，可以很好的用于求解微藻悬浮液样品池内具有多层非均匀物性介质的辐射传输，有望用于微藻光生物反应器内的光场分析和优化。.. 实验测量获得了几种典型制油微藻在可见光及近红外波段（300–1800 nm）的光谱衰减特性数据，为相应光生物反应器的设计和优化提供必要辐射特性参数数据。.提出了一个细胞生长对微藻细胞辐射特性影响的理论分析模型。结合实验测量数据及Mie散射理论分析了微藻细胞生长对其辐射特性的影响，所提出的模型可以用于微藻时间相关辐射特性的分析和预测。.. 本项目研究成果目前已发表学术论文7篇，其中SCI论文3篇，EI论文1篇（科学通报杂志），国际会议论文1篇，中文核心期刊论文1篇，国内会议论文1篇。